發電機定子三次諧波保護誤發信的處理

呂亞東

摘要

介紹了常用的三次諧波電壓定子接地保護的工作原理，從原理和人為因素兩方面討論了現階段三次諧波電壓定子接地保護誤動作的原因，分析認為：現階段三次諧波電壓定子接地保護誤動可能是由于人為因素原因造成的，通過對一起發電機定子三次諧波保護誤發信的原因分析和處理，闡明了PT開口三角二次回路接觸不良是定子三次諧波保護誤發信的人為因素原因之一，并舉一反三的總結了此類人為因素的原因，提出了查找思路和運行操作等注意事項。

【關鍵詞】電壓互感器 接觸不良 定子接地保護 三次諧波 人為因素

1 機組概況

赤峰能源機組容量為2×135MW汽輪發電機組，機端額定電壓為15.75kV，發電機保護采用雙重化配置，A、B套保護均采用南瑞繼保的RCS-985C微機型發電機保護裝置。

2 發電機定子接地保護

2.1 零序電壓定子接地保護原理

定子接地保護采用基波零序電壓，保護發電機85～95%的定子繞組單相接地，基波零序電壓保護反應發電機零序電壓大小。由于保護采用了頻率跟蹤、數字濾波及全周傅氏算法，使得零序電壓對三次諧波的濾除比達100以上，保護只反應基波分量。

2.2 三次諧波定子保護原理

2.2.1 三次諧波電壓比率定子接地保護

三次諧波電壓比率判據只保護發電機中性點25%左右的定子接地，機端三次諧波電壓取自機端開口三角零序電壓，中性點側三次諧波電壓取自發電機中性點變壓器。

三次諧波保護動作方程：U3T/U3N>K3wzd

式中：U3T、U3N為機端和中性點三次諧波電壓值，K3wzd為三次諧波電壓比率整定值。機組并網前后，機端等值容抗有較大的變化，因此三次諧波電壓比率關系也隨之變化，RCS-985C微機型發電機保護裝置在機組并網前后各設一段定值，隨機組出口斷路器位置接點變化自動切換。三次諧波電壓比率判據可選擇動作于跳閘或信號。

2.2.2 三次諧波電壓差動定子接地保護三次諧波電壓差動判據：

式中為中性點、機端三次諧波電壓向量，為自動跟蹤調整系數向量，kre為三次諧波差動比率定值。本判據在機組并網后且負荷電流大于0.2Ie（發電機額定電流）時自動投入。三次諧波電壓差動判據動作于信號。

2.2.3 機端PT斷線原理

機端PT斷線報警動作判據：

（1）正序電壓小于18V，且任一相電流大0.04In;

（2）負序電壓3U2大于8V。

滿足以上任一條件延時10s發相應PT斷線報警信號，異常消失，延時los后信號自動返回。

3 事件經過

2011年9月15日22時21分，赤峰能源#1機組DCS報發變組B套保護裝置告警，經查#1發變組B套保護裝置“三次諧波電壓差動”報警。

對#1發變組A、B套保護采樣數據進行比較，發現B套保護裝置機端零序電壓偏大，機端三次諧波偏小，三次諧波差電壓增大，具體數據如表1所示。

4 原因分析

4.1 引起三次諧波誤動的因素一般有以下幾個方面：

（1）保護配有多余的移相回路。

（2）電壓互感器斷線。

（3）冷卻水水質不良。

（4）電壓互感器熔斷器問題。

（5）同期回路影響。

（6）干擾問題。

（7）二次回路中Us與Un極性接反。

（8）保護裝置自身問題。

4.2 因為#1機組已運行十個月，以前未發生異常現象，分析應該為（2）或（4）或（8）原因引起，進一步細化為以下五種原因引起.

（1）電壓互感器二次回路接觸不良。

（2）電壓互感器熔斷器沒有壓緊。

（3）電壓互感器熔斷器熔絲問題。

（4）電壓互感器小車未推到位引起。

（5）保護裝置采集板件問題。

4.3 保護動作情況分析

4.3.1 機端PT斷線

機端PT斷線判據和機端PT一次斷線判據均不成立，所以保護裝置未發PT斷線，也不閉鎖三次諧波差動信號。

4.3.2 三次諧波差動信號

根據三次諧波差動原理：A套保護裝置三次諧波電壓差值0.03小于三次諧波差動比率定值與中性點三次諧波乘積1.12×3.24=3.62，不符合三次諧波差動信號方程，所以三次諧波差動信號不動作;B套保護裝置三次諧波電壓差值3.81大于三次諧波差動比率定值與中性點三次諧波乘積1.12×3.33=3.73，符合三次諧波差動信號方程，所以三次諧波差動信號動作正常。

4.3.3 三次諧波電壓比率信號

根據三次諧波比率原理：A套保護裝置機端三次諧波/中性點三次諧波=2.37/3.24=0.73，小于三次諧波比率定值1.12，所以三次諧波電壓比率信號不動作;B套保護裝置機端三次諧波/中性點三次諧波=0.4/3.33=0.12，小于三次諧波比率定值1.12，所以三次諧波電壓比率信號不動作。

5 檢查及處理

5.1 通過眼觀的形式

對PT一次熔斷器壓片進行檢查，未發現有未壓緊現象，對PT小車觸頭進行檢查未發現觸頭有接觸不良的現象，基本上排除了PT一次熔斷器及小車未推到位問題引起異常的可能

5.2 同時考慮發變組A套保護裝置采集數據正確，發變組B套保護裝置采集數據不正確，所以可以確切的排除（2）、（3）、（4）原因，并且保護裝置采集的中性點數據正常，初步鎖定為以下兩條原因：

（1）引至發變組B保護裝置機端PT二次線接觸不良。

（2）發變組B保護裝置采集板件問題。

5.3 機端PT二次回路檢查

對涉及發變組PT二次回路的端子排從發變組保護屏、4.5米發變組端子箱、0米發電機小室PT柜進行全面檢查，未發現有端子松動現象。用示波器和高等級萬用表對發變組二次回路在端子排處進行分段檢測、錄波、測量。先對0米發電機小室PT根部二次進行檢測，輸出正常，進一步排除PT一次設備存在異常。后對45米發變組端子箱二次進行檢測，輸出正常，又對發變組保護屏二次進行檢測，A柜正常，B柜機端零序電壓及三次諧波數據存在偏差，排除了保護裝置采集板件問題，同時初步判斷為4.5米至保護B柜PT二次線存在問題，根據圖紙對保護B柜至4.5米PT二次線——進行校對檢查，發現4.5米端子箱內PT二次線輸出用端子排連接片（線芯編號為L613）接觸不良，造成至B套保護采集PT二次信號存在偏差，對連接片進行處理后，B套保護機端零序電壓及三次諧波數據恢復正常，三次諧波差動告警消失。

6 結束語

通過此次對機端PT二次回路中一連接片接觸不良導致保護裝置異常報警信號的分析查找，為今后處理類似事件積累了一定的經驗，同時也引起專業人員深思、吸取工作教訓。

（1）目前發變組保護裝置已經很成熟，所以一般不要懷疑保護裝置誤動，當出現異常時應首先排除其它人為因素。

（2）對于三次諧波電壓比率信號出現，并不一定表明中性點附近有接地現象，它受機端PT的測量影響很大，尤其是PT出現問題，例如一次部分的動觸頭和靜觸頭接觸不良引起動、靜觸頭間放電，或PT繞組有匝間短路的異常問題等引起機端PT測量波形出現畸變，存在大量三次諧波分量，開口三角形也感應出大量的三次諧波分量。

（3）對于三次諧波電壓差動信號出現，并不一定是一次設備引起的，多數情況下是PT二次回路接觸不良影響，因為保護裝置直接采集PT開口三角的電壓量，所以開口三角二次線接觸不良極易引起三次諧波差壓分量，特別是兩套保護中只有一套三次諧波分量異常，基本上可判斷為PT二次回路接觸不良。

（4）三次諧波異常事件原因多為人為因素，從人為因素方面分析，在發電機調試和運行過程中，很多三次諧波定子接地保護誤發信不是由于原理本身的問題，而是人為因素造成的，包括設計不合理、定值設定不合理、調試和維護不良等。常見的人為因素有保護配有多余的移相回路;電壓互感器斷線誤閉鎖，使得保護拒動;冷卻水水質不良;電壓互感器相熔斷器沒有壓緊;同期回路的影響;干擾問題;二次回路中的極性接反等等。

（5）當發電機出現三次諧波定子接地保護誤發信時，可以首先檢查一下以上常見的與原理無關的人為因素，這樣可以為快速找到事故的根源提供捷徑。

（6）定子三次諧波誤發信號是發電機易出現的故障之一，保證二次測量接線正確、一次PT操作到位是重要的反事故措施。恢復PT時應注意仔細檢查PT的一次小車位置、一次保險情況、二次空開情況、二次線及端子排緊固情況，就可以避免此類故障。

參考文獻

[1]《RCS-985系列大型汽輪發電機變壓器成套保護裝置技術說明書》、南京南瑞繼保電氣有限公司，2008.

[2]張燦斌.汽輪發電機三次諧波電壓定子接地保護的誤動分析[J].廣東電力，2004（03）.

[3]施林全，徐小豪.發電機三次諧波定子接地保護特性和誤動分析[J].云南水力發電，2009（04）.